掺杂Li4Ti5O12/Co3O4复合纳米纤维的制备与电化学性能研究

Li4Ti5O12作为一种新型储能负极材料，由于较低的电子电导率和比容量限制了其在高功率动力电池上的应用。本项目拟通过溶胶-凝胶与电喷相结合制备Mg、Al、Zn等掺杂的Li4Ti5O12/Co3O4复合纳米纤维，以期克服常规Li4Ti5O12低电导率和比容量的缺点。研究掺杂元素及不同核壳结构与锂电池比容量、循环性能和充放电速率等之间的关系，筛选出电化学性能最优越的电极材料。原位分析掺杂Li4Ti5O12/Co3O4复合纳米纤维在不同充放电阶段的晶体结构和形貌变化，探讨掺杂Li4Ti5O12/Co3O4复合纳米纤维的锂离子嵌入-脱嵌机理，寻找掺杂Li4Ti5O12/Co3O4纳米复合纤维提高锂电池电化学性能的内在原因，为掺杂Li4Ti5O12/Co3O4纳米复合纤维在锂电池负极材料上的应用提供理论支持。

本项目针对锂电池电极材料较低电子电导率通过形貌构筑与材料复合两种手段来优化材料电化学性能，主要成果如下：.1. 通过形貌构筑与材料复合两种手段协同优化Li4Ti5O12电极材料的电化学性能.(1) 核壳结构的Li4Ti5O12/Co3O4纳米纤维合成.通过溶胶凝胶结合点喷技术合成Li4Ti5O12/Co3O4纳米纤维，通过调节电喷过程参数有效控制了所合成的核壳纤维中Co3O4壳层的厚度，从而通过调整Co3O4的含量有效提高了Li4Ti5O12/Co3O4纳米纤维的电化学性能。.(2) 溶剂热合成双相Li4Ti5O12/TiO2纳米颗粒及电化学性质表征.通过溶剂热合成Li4Ti5O12/TiO2颗粒，电化学测试表明Li4Ti5O12/TiO2在0.1C和1C倍率下首次放电容量可达315 mAh/g 和230 mAh/g，并表现出优越的循环稳定性，通过两种材料的复合实现了Li4Ti5O12电极材料电化学性能的优化。.(3) 溶剂热控制合成Li4Ti5O12和Li4Ti5O12/TiO2花状微球及电化学性质表征.通过溶剂热合成Li4Ti5O12和Li4Ti5O12/TiO2花状微球，调整锂和钛原料的浓度可以实现对双相Li4Ti5O12/TiO2体系中TiO2含量进行控制。电化学测试表明，TiO2的含量对复合材料的电化学性能具有明显的影响，TiO2的含量为28.6wt%的Li4Ti5O12/TiO2表现出优异的电化学性能。.2. 通过构筑不同材料的微球结构优化锂电池正极材料的电化学性能.(1) LiMPO4(M=Fe, Mn)微球合成及电化学性质的表征.通过溶剂热合成具有不同形貌的锂离子电池正极材料LiMPO4(M=Fe, Mn)微球，包括双半球状的LiFePO4微球和桃子状的LiMnPO4(M=Fe, Mn)的微球。并对其生长机理进行了跟踪调查，同时对电化学性质进行了表征，材料表现出优异的电化学性能。.(2) 核壳结构的LiMn2O4微球用作高性能锂电池电极材料及在电化学传感器上的应用.以海胆状的MnO2 微球作为前驱体，具有多孔结构的LiMn2O4微球，并与生物蛋白结合制作生物传感器，对三氯乙烯的监测具有较高的灵敏性。作为锂离子电极材料，LiMn2O4微球也表现出较高的充放电容量和好的循环稳定性。.本项目发表SCI论文6篇,培养研究生3名